DE20112023U1 - Roll pressure head with integrated tactile seam tracking system - Google Patents

Roll pressure head with integrated tactile seam tracking system

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Description

BeschreibungDescription Rollenandruckkopf mit integriertem taktilen NahtverfolqunqssvstemRoller pressure head with integrated tactile seam tracking system

Der in Schutzanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zu Grunde, einen Rollenandruckkopf mit integriertem taktilen Nahtverfolgungssystem zu schaffen, der eine taktile Nahtverfolgung und das gleichzeitige Fügen von Bauteilen im zweidimensionalen Arbeitsbereich, entkoppelt von der Roboterbahn, ermöglicht.The invention specified in claim 1 is based on the problem of creating a roller pressure head with an integrated tactile seam tracking system, which enables tactile seam tracking and the simultaneous joining of components in the two-dimensional work area, decoupled from the robot path.

Dieses Problem wird mit dem im Schutzanspruch 1 aufgeführten Merkmalen (Führungsrollen, Andruckrollen, Ausgleichsysteme, etc.) gelöst.This problem is solved with the features listed in claim 1 (guide rollers, pressure rollers, compensation systems, etc.).

Eine bevorzugte Ausgestaltung ist in (BI-01) dargestellt. Der Rollenandruckkopf mit den Führungselementen und den Andruckelementen mit einem Ausgleichssystem ermöglicht eine taktile Nahtverfolgung, derart dass die Lage und Position des Laserstrahls bzw. der Energiestrahls relativ zur Fügenaht und zum Stoß konstant bleiben. Die eingesetzten Andruckelemente ermöglichen die Erzeugung einer bestimmten Spannkraft, die zwischen den zu fügenden Blechen einen technischen Nullspalt erzeugen. Die eingesetzten Führungselemente sichern während des Prozesses die Bahngenauigkeit. Dabei werden Abweichungen von der zu fügenden Strecke durch ein Ausgleichssystem korrigiert. Durch eine integrierte Drahtzuführeinheit, die den Zusatzwerkstoff unter einem berechneten Winkel an den Prozeßort führt, wird ein konstantes Auftreffen des Drahtes auf einen bestimmten Drahtauftreffpunkt gewährleistet. Der Auftreffpunktdes Drahtes kann den gegebenen Prozeßeigenschaften angepaßt werden. Die Drahtzuführeinheit kann außerdem vom Gesamtsystem „Arbeitskopf' entkoppelt werden. Speziell unter Verwendung eines Lasers wird der Strahl über eine Kolimiereinheit zugeführt.A preferred embodiment is shown in (BI-01). The roller pressure head with the guide elements and the pressure elements with a compensation system enables tactile seam tracking, such that the position of the laser beam or the energy beam relative to the joint seam and the joint remain constant. The pressure elements used enable the generation of a certain clamping force, which creates a technical zero gap between the sheets to be joined. The guide elements used ensure the path accuracy during the process. Deviations from the distance to be joined are corrected by a compensation system. An integrated wire feed unit, which guides the additional material to the process location at a calculated angle, ensures that the wire constantly hits a certain wire impact point. The wire impact point can be adapted to the given process properties. The wire feed unit can also be decoupled from the overall "working head" system. Especially when using a laser, the beam is fed via a collimation unit.

Mit der Erfindung wird erreicht, dass eine taktile Nahtverfolgung von Schweißgeometrien und das gleichzeitige Fügen dieser Geometrien entkoppelt von der Roboterbahn erfolgen kann. Weiterhin wird durch die Erfindung eine verbesserte Prozeßstabilität und eine Prozeßoptimierung erreicht. So, dass bei Fügeversuchen, zum Beispiel für Dachkantnähte, in den oben genannten Raumbereichen eineA The invention enables tactile seam tracking of welding geometries and the simultaneous joining of these geometries to be carried out decoupled from the robot path. Furthermore, the invention achieves improved process stability and process optimization. So that in joining tests, for example for roof edge welds, an A

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deutlich höhere Wiederholgenauigkeit als beim in (BI-02) dargestellten konventionellen Prozeß ohne Arbeitskopf und somit eine deutlich erhöhte Prozeßsicherheit ermöglicht wird.significantly higher repeatability than in the conventional process without working head shown in (BI-02) , thus enabling significantly increased process reliability.

Eine Ausgestaltung der Erfindung für einen erweiterten Einsatzbereich ist in den Schutzansprüchen 2 und 3 wiedergegeben.An embodiment of the invention for an expanded field of application is given in claims 2 and 3.

Die Weiterentwicklung nach Schutzanspruch 2 und 3 für die Anwendung ermöglicht ein positionsgenaues Fügen durch die integrierte Nahtverfolgung im 2 Vz dimensionalem Raum und im 3-dimensionalen Raum. Das Arbeiten nach dem "Plug and Work"- Prinzip bleibt auch für die Entwicklung bis zum Schutzanspruch 3 erhalten, so dass ein leichtes und optimiertes Handling des Arbeitskopfes erreicht wird.The further development according to protection claims 2 and 3 for the application enables precise positioning of the joining through the integrated seam tracking in 2 Vz dimensional space and in 3-dimensional space. Working according to the "Plug and Work" principle is also retained for the development up to protection claim 3, so that easy and optimized handling of the working head is achieved.

Die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung für jede einzelne Raumgeometrie wird anhand der (BI-03) bis (BI-06) erläutert.The preferred embodiments of the invention for each individual spatial geometry are explained using (BI-03) to (BI-06) .

(BI-03) zeigt den Arbeitskopf aus Schutzanspruch 1 zum Fügen von Nahtgeometrien im zweidimensionalen Bereich. Der Arbeitskopf fungiert durch sein Rollen- und Andrucksystem als prozeßstabilisierende Maßnahme. Beim Fügen der Nahtgeometrien im zweidimensionalen Raum wird durch mechanisches Anpressen mittels des Andrucksystems und dem Erreichen eines technischen Nullspaltes ein verbesserter Wärmeübergang zwischen den zu fügenden Materialien (A und B) realisiert. Durch den Aufbau des Arbeitskopfes wird weiterhin eine konstante Spurführung des Laser- bzw. Energiestrahls über der Werkstückoberfläche, durch Einsatz eines Führungssystems, ermöglicht. (BI-03) shows the working head from claim 1 for joining seam geometries in two dimensions. The working head functions as a process-stabilizing measure through its roller and pressure system. When joining the seam geometries in two dimensions, an improved heat transfer between the materials to be joined (A and B) is achieved through mechanical pressing using the pressure system and the achievement of a technical zero gap. The design of the working head also enables constant tracking of the laser or energy beam over the workpiece surface through the use of a guide system.

(BI-04) zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel der Weiterentwicklung nach Schutzanspruch 2. Durch Modifizieren des Arbeitskopfes gemäß Schutzanspruch 2, ermöglich der Arbeitskopf das Arbeiten im 2>2-dimensionalen Raum. Im Ausführungsbeispiel ist das Fügen einer Radienkontur mittels Arbeitskopf dargestellt. Der Arbeitskopf bietet weiterhin die Möglichkeit Innen- und Außenradienkonturen und andere 2>2-D-Formen zu fügen, die zuvor mit einer Teach-Einheit abgetastet wurden. (BI-04) shows a schematic of an embodiment of the further development according to claim 2. By modifying the working head according to claim 2, the working head enables work in 2>2-dimensional space. The embodiment shows the joining of a radius contour using a working head. The working head also offers the possibility of joining inner and outer radius contours and other 2>2-D shapes that were previously scanned with a teaching unit.

Der in diesem Ausführungsbeispiel dargestellte Arbeitskopf beinhaltet das Grundprinzip nach Schutzanspruch 1.The working head shown in this embodiment contains the basic principle according to claim 1.

Zum Fügen der oben beschriebenen Geometrien ist folgende bevorzugte Ausgestaltung des Arbeitskopfes angestrebt: Das Arbeitsprinzip des Arbeitskopfes aus Schutzanspruch 1 wird durch eine senkrecht zur Schweißrichtung arbeitende Korrektureinheit, eine Abstandsführungsrolle, und ein weiteres Führungssystem erweitert. Die Elemente des weiterentwickelten Rollenandruckkopfes sind in (BI-05) dargestellt. Die wesentlichen Elemente, die ein Arbeiten des Rollenandruckkopfes im 2>2-dimensionalen Raum ermöglichen, sind durch die Führungseinheiten, und durch die nach Schutzanspruch 1 genutzten Führungsrollen sowie Andruckrollen gekennzeichnet. Weiterhin wurde noch eine Abstandsregelung für den Laser- bzw. Energiestrahl in den Arbeitskopf integriert. Dadurch wird ein über die gesamte zu fügende Geometrie konstanter Arbeitsabstand ermöglicht. Die Abstandsregelung ist durch die Zeichnungspositionen und gekennzeichnet. Position und Lage des Energieeintrags ändern sich nicht.The following preferred design of the working head is aimed for in order to join the geometries described above: The working principle of the working head from claim 1 is expanded by a correction unit working perpendicular to the welding direction, a distance guide roller, and another guide system. The elements of the further developed roller pressure head are shown in (BI-05). The essential elements that enable the roller pressure head to work in 2>2-dimensional space are characterized by the guide units and by the guide rollers and pressure rollers used according to claim 1. Furthermore, a distance control for the laser or energy beam has been integrated into the working head. This enables a constant working distance across the entire geometry to be joined. The distance control is characterized by the drawing positions and . The position and location of the energy input do not change.

Die Steuerung der Führungseinheiten und der Abstandsregelung kann mechanisch, pneumatisch, hydraulisch, elektronisch oder über jegliche andere lineare Verfahreinheit erfolgen.The control of the guide units and the distance control can be done mechanically, pneumatically, hydraulically, electronically or via any other linear motion unit.

Das Grundprinzip des Arbeitskopfes nach Schutzanspruch 2 entspricht Schutzanspruch T.The basic principle of the working head according to claim 2 corresponds to claim T.

In (BI-06) ist die Weiterentwicklung des Arbeitskopfes nach Schutzanspruch 1 und 2 dargestellt. Durch die Weiterentwicklung ist der Arbeitskopf nach Schutzanspruch 3 in der Lage, dreidimensionale Geometrien jeglicher Form zu fügen. In diesem Beispiel ist das Fügen einer gewölbten Geometrie schematisch dargestellt. Der Kopf kann durch die in Schutzanspruch 3 aufgeführten Merkmale unabhängig von der Robotersteuerung jede Position auf der zu fügenden Blecheinheit erreichen. Der Arbeitskopf findet dabei seine Position auf der zu fügenden Einheit automatisch. Weiterhin ist in den Arbeitskopf eine automatische Drahtpositionierung integriert, die Abweichungen der Drahtposition während des Prozesses selbstständig korrigiert. Der Arbeitskopf aus Schutzanspruch 3 beinhaltet die Grundprinzipien der Köpfe aus den Schutzansprüchen 1 und 2.In (BI-06) the further development of the working head according to claims 1 and 2 is shown. Due to the further development, the working head according to claim 3 is able to join three-dimensional geometries of any shape. In this example, the joining of a curved geometry is shown schematically. Due to the features listed in claim 3, the head can reach any position on the sheet metal unit to be joined independently of the robot control. The working head automatically finds its position on the unit to be joined. Furthermore, an automatic wire positioning system is integrated into the working head, which automatically corrects deviations in the wire position during the process. The working head from claim 3 contains the basic principles of the heads from claims 1 and 2.

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Claims (6)

1. Rollenandruckkopf zum Fügen von Blechen über Laser, Plasma oder Hybridverfahren dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitskopf über Führungs- und Andruckelemente ein Ausgleichssystem zur linearen taktilen Naht- bzw. Bahnverfolgung ermöglicht, derart, dass die Lage und Position des Laserstrahls relativ zur Fügenaht und zu den zu fügenden Blechen konstant bleiben und die eingesetzten Andruckelemente die Erzeugung einer bestimmten Spannkraft, die zwischen den zu fügenden Blechen einen technischen Nullspalt erzeugen, ermöglichen, wobei die Steuerung der Führungseinheiten und der Abstandsregelung mechanisch, pneumatisch, hydraulisch, elektronisch oder über jegliche andere lineare Verfahreinheit erfolgen kann. 1. Roller pressure head for joining sheets using laser, plasma or hybrid processes, characterized in that the working head enables a compensation system for linear tactile seam or path tracking via guide and pressure elements, such that the location and position of the laser beam relative to the joining seam and to the sheets to be joined remain constant and the pressure elements used enable the generation of a certain clamping force which creates a technical zero gap between the sheets to be joined, whereby the control of the guide units and the distance control can be carried out mechanically, pneumatically, hydraulically, electronically or via any other linear travel unit. 2. Rollenandruckkopf nach Schutzanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Rollenandruckkopf zusätzlich mit einer Drehachse, einer senkrecht zur Arbeitsrichtung arbeitenden Korrektureinheit, einer Abstandsführungsrolle, und einem weiteres Führungssystem ausgestattet ist, so dass Arbeiten im 2½- dimensionalen Raum unter konstanten Prozeßparametern ausgeführt werden können. 2. Roller pressure head according to protection claim 1, characterized in that the roller pressure head is additionally equipped with a rotation axis, a correction unit operating perpendicular to the working direction, a distance guide roller, and a further guide system, so that work can be carried out in 2½-dimensional space under constant process parameters. 3. Rollenandruckkopf nach Schutzanspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Rollenandruckkopf Arbeiten im 3-dimensionalen Raum ausführt, dass durch Raumachsenkorrektureinheiten, Andruckachsen und ein Führungssystem, der Z-Achsenkorrektureinheit, und eine Andruckkontrolleinheit ermöglicht wird. 3. Roller pressure head according to protection claims 1 and 2, characterized in that the roller pressure head carries out work in 3-dimensional space, which is made possible by spatial axis correction units, pressure axes and a guide system, the Z-axis correction unit, and a pressure control unit. 4. Rollenandruckkopf dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitskopf den Merkmalen nach Schutzanspruch 1 bis 3 entspricht und zusätzlich über ein "PLUG & WORK"- Prinzip mit einem Roboter oder Portalsystem und einer Laseranlage gekoppelt werden kann und somit eine adaptive Anpassung an verschiedene Anlagen- und Fügegeometrietypen ermöglicht. 4. Roller pressure head characterized in that the working head corresponds to the features according to claims 1 to 3 and can additionally be coupled to a robot or portal system and a laser system via a "PLUG & WORK" principle and thus enables adaptive adaptation to different system and joining geometry types. 5. Rollenandruckkopf nach Schutzanspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitskopf zusätzlich mit einer Drahtzuführeinheit ausgestattet ist, die eine automatische Auffindung der benötigten Drahtposition über eine Steuerung, die sich am Andruckkopf befindet, ermöglicht. 5. Roller pressure head according to protection claims 1 to 3, characterized in that the working head is additionally equipped with a wire feed unit which enables automatic detection of the required wire position via a control located on the pressure head. 6. Rollenandruckkopf, nach Schutzanspruch 3 dadurch gekennzeichnet; dass, durch den Anbau unterschiedlich geformter Andruckrollensysteme über ein "Plug & Work"- Prinzip, der Arbeitskopf zum Fügen von Bauteilen mit größeren Materialdicken eingesetzt werden kann. 6. Roller pressure head according to claim 3, characterized in that, by attaching differently shaped pressure roller systems using a "Plug & Work" principle, the working head can be used to join components with greater material thicknesses.
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